基于静电耦合法的风粉在线监测系统

科学技术创新2019.29

1背景与意义

燃煤电厂在机组运行过程中，锅炉侧一次风粉的流速和分

布对整个机组的安全经济运行有着至关重要的影响。然而，

由于国内大部分燃煤火电厂都几乎没有一种相对比较稳定并且

可靠的一次风粉流动速度以及分配等参数在线测量的方法，

因此，导致燃煤锅炉在对一次风粉进行调节的过程中经常会出现

锅炉内部火焰中心偏斜、

燃烧不充分等状况[1]。长期以来，国内火力发电厂锅炉一次风粉的流速、浓度等参

数几乎都是采用皮托管的方式进行测量，

然而，此种设备具有如下几大缺点，一是该测量设备极易磨损；

二是该测量设备易因煤粉堵塞，从而造成测量的参数不准确。

基于以上原因，本文提出了一种基于静电耦合法的风粉在

线监测系统，该系统能够可靠、高效、稳定的实现对锅炉磨煤机每根一次风粉管道内的风粉流动的流速、浓度等参数实时在线

测量，为后期煤粉的分配提供支持，

对机组的安全、经济运行具有重要意义。

2系统组成

由于火力燃煤电厂中的锅炉侧制粉部分一次风粉的传送是

气固两相流动的一种，而对于气固两相流检测来说，

基于静电耦合法是目前非常适合燃煤火电厂对一次风粉参数在线测量的技术。本文提出的基于静电耦合法的风粉在线监测系统主要三

大部分组成，即静电传感器、前端信号处理单元、

中央处理柜[2]。其中系统的组成如图1所示。

其工作流程如下，首先，由于相互之间的碰撞、摩擦而使其带上静电电荷的煤粉颗粒跟随一次风气流流动，

然后，这些带有静电电荷的煤粉颗粒物通过静电传感器上的感应移动用户与固定网用户之间的连接。

作为GSM 无线移动通信系统中登记用户建立呼叫保持的

必要条件，访问用户位置寄存器（VLR ）主要是负责服务于其对

应控制区域内的各类无线移动用户，

实现其对应控制区域内且登记的各类无线移动用户相关信息的存储功能。该无线移动用

户有关数据信息必须由访问用户位置寄存器（VLR ）获得并完成

存储。

作为GSM 无线移动通信系统中的中央数据库，

归属用户位置寄存器（HLR ）主要负责存储着HLR 对应控制的所有无线移

动用户的有关通信数据。HLR 不仅可以控制多个无线移动通信

交换区域，而且可以控制整个无线移动通信网络，

所有正常登记的无线移动用户的全部静态通信数据都会被存储在这个归属用户位置寄存器（HLR ）当中。

作为GSM 无线移动通信系统中应用的特别安全措施，诸如无线移动用户鉴权、无线对应接口的语音、数据信息以及相关

信号信息保密等，鉴权中心（AUC ）实现了这样一些功能。

无线移动设备对应的国际移动设备识别代码（IMEI ）主要是

由移动设备识别寄存器（EIR ）负责完成存储的，

相关运营部门对失窃、技术故障、影响无线移动通信网络正常工作的其他移

动台（MS ）设备，都会第一时间采取对应的防范措施，

进一步确保无线移动通信网络中正常使用的无线移动通信设备的安全性与唯一性[3]。

结束语

随着GSM 无线移动通信系统的发展，

已经影响和服务于社会的各行各业，我们应该了解和认识这个系统的基本结构和功

能。本文简要分析了GSM 无线移动通信系统的各个主要功能结构以及它的主要功能。

参考文献

[1]华为技术有限公司，GSM 网络规划[M].北京：人民邮电出版社，2004,6.[2]韩斌杰，GSM 原理及网络优化[M].北京：机械工业出版社，2001,8.

[3]张业荣,竺南直,程勇.蜂窝移动通信网络规划与优化[M].北京：电子工业出版社，2003,9.

作者简介:黄波（1974原），男，汉族，四川成都人，

硕士研究生，讲师，研究方向：电子信息技术信号处理及系统集成。

基于静电耦合法的风粉在线监测系统

刘宗盛1宋亚明1刘子诚2李超2马保智2

（1、国家电力投资集团河南电力检修工程有限公司，河南郑州4500162、长沙理工大学，湖南长沙410114）

摘要：对于火力发电厂燃煤锅炉来说，其锅炉燃烧的稳定性与效率主要与进入各个燃烧器的风粉分配是否均衡有关，

而长期以来由于受各方面因素影响，一次风粉的精细化测量应用有限，

导致燃烧器风粉的分配不太均衡，很大程度上制约了火力发电厂的安全经济运行。本文介绍了一种基于静电耦合法的风粉在线测量系统，

该系统能够实时精确的测量各一次风粉管道中煤粉流速，对实现锅炉高效低氮燃烧具有重要的意义。

关键词：风粉在线；静电耦合；

煤粉流速；低氮燃烧中图分类号:TM621.2文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)29-0102-02（转下页）102--

2019.29科学技术创新

元件后，煤粉颗粒所携带的静电电荷就会被静电传感器所采集，最后，静电传感器所采集的静电信号经过就地前端信号处理装置的相应处理后，将其传送给中央处理机柜，中央处理柜接收到这些预处理后的数据后，经相应处理分析，就会得到相应煤粉管道中煤粉的流动速度以及分配数据，并将这些数据经过通讯模块传输给DCS系统。

2.1传感器

本系统采用静电感应原理，无外激励源。收集到的有用信号是带有静电电荷的煤粉颗粒通过管道时，传感器的感应元件上产生的感应电荷。由于传感器没有零件插入到粉煤管道中，因此它不会用于一个传感器。此外，该传感器的内部半径和测粉管道内半径完全相同，管道内光滑。煤粉几乎不会冲刷磨损传感器底座。由于传感器的传感元件可以包括所有要测量的煤粉，因此实现了全断面测量。

2.2前端信号处理单元

该系统的前端信号处理单元主要是为了实现对静电信号的采集、预处理以及传输等。由于采集的静电信号非常微弱，因此为了减轻外界环境中的各种干扰信号对测量的影响，故对前端信号处理单元设计有专用屏蔽保护外壳。另外，前端信号处理单元的一端与静电传感器的感应元件信号接出端连接，以便获传感器采集的静电信号，另一端则通过通信线缆与供电线缆和中央处理机柜相连接，以便及时的将经过预处理的数据传输给中央处理柜。

2.3中央处理机柜

对于整个系统来说，中央处理机柜是其核心，它的主要作用是，实时的接收由传感器采集，并经前端信号处理单元预处理的静电感应信号，并对这些采样数据进行相应处理分析，然后将数据存储并通过人机交互界面实时显示处理结果。此外，机柜内部设有专用的数据通讯模块，能够实现中央处理机柜与DCS系统的实时通讯，方便中央处理机柜将采集计算所得结果实时传输给DCS系统。

3系统测试

为了验证该风粉在线监测系统能否实时精确、稳定的测量各一次风粉管道中煤粉流速等参数测量，特对该系统进行以下测试：首先，在确定磨煤机出力不变的情况下，控制一次风量，并手动测量磨煤机出口4根粉管内的风速与煤粉分配，与风粉在线监测系统的检测到的数据进行相互比较[4]；然后，在确定一次风量不变的情况下，控制磨煤机的出力，并手动测量磨煤机出口4根粉管内的风速和煤粉分配，与风粉在线监测系统的检测的数据相互比较。

本次测试的具体工况设置如下表1所示，其中，W-01~W-03工况，是在确保一次风量基乎不变的状况下，改变磨煤机出力而进行的实验；W-03~W-05工况，则是在确保磨煤机出力基乎不变的状况下，改变其一次风量而进行的实验。

表1测试工况表

由于所测煤粉管道中的介质主要为风粉混合物，而一次风风速一般高于煤粉颗粒的流动速度，因此，两者之间必存在相对运动。该系统测量的是煤粉管道内部颗粒物的流速，而测试时的实测值则是煤粉管道内部一次风的风速，因此，两者的测量值理论上存在一定偏差。为能够更准确分析比较实际管道中颗粒物的流动速度与该系统测量所得的颗粒物的流动速度之间的误差，根据国内外公开的有关的研究结论[5]，可以将实际测量所得的一次风的风速统一换算成煤粉颗粒物的流动速度，并与该系统所检测的数据进行对比分析。

经过对测试数据进行分析，可以得出，经折算后得到的实测煤粉颗粒物的流速与风粉在线监测系统的测量结果比较接近，在五个不同的测试工况下，煤粉管1、管2、管3、管4的平均相对偏差在百分之三点五到百分之四之间，而单根煤粉管的最大相对偏差则为百分之六点一，偏差相对较小。

4结论

本文提出了一种基于静电耦合法的风粉在线监测系统，该系统能够很好的解决传统风粉在线监测系统存在的弊端，且经测试发现该系统能够可靠、高效、稳定的实现对锅炉磨煤机每根一次风粉管道内的风粉流动的流速、浓度等参数实时在线测量，为后期煤粉的分配提供支持，对机组的安全、经济运行具有重要意义。

参考文献

[1]付飞飞,许传龙,王式民等.基于阵列式静电传感器的密相力输送煤粉颗粒运动特性分析[J].东南大学学报,2013,43(3):536-541.

[2]金锋,付海涛.静电传感器微弱信号检测电路的研究[M].北京理工大学学报,2010,30(11):1301-1304.

[3]阙哲,邵富群.基于静电传感器相关测速精度探[J].化工自动化及仪表,2010,37(3):69-72.

[4]金伊,王溪波,禹树春.静电传感器在电厂煤粉浓度测量中的研究[J].沈阳工业大学学报,2006,28(6):643-646.

[5]高飞,基于静电耦合法的风粉在线测量及燃烧器功率调平的研究与应用[D].保定:华北电力大学,2017.

作者简介:刘宗盛(1968-),男,汉族,河南新乡人,中级工程师,大学专科学历,国家电力投资集团河南电力检修工程有限公司,从事测量技术与自动化方面工作。

工况编号给定煤量(t/h) 一次风量(kNm3/h)

W-01 40 78.2

W-02 60 76.9

W-03 50 78.0

W-04 50 91.6

W-05 50 65.5

图1风粉在线监测系统的组成示意图

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